ساختار و ویژگی‌های نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای و روش ساخت نیروگاه

ذخیره سازی تلمبه ای پرکاربردترین و بالغ ترین فناوری در ذخیره سازی انرژی در مقیاس بزرگ است و ظرفیت نصب شده نیروگاه ها می تواند به گیگاوات برسد. در حال حاضر، بالغ ترین و بزرگترین ذخیره سازی انرژی نصب شده در جهان، برق آبی تلمبه ای است.
فناوری ذخیره سازی تلمبه ای، بالغ و پایدار است و مزایای جامع بالایی دارد و اغلب برای تنظیم اوج مصرف و پشتیبان گیری استفاده می شود. ذخیره سازی تلمبه ای پرکاربردترین و بالغ ترین فناوری در ذخیره سازی انرژی در مقیاس بزرگ است و ظرفیت نصب شده نیروگاه ها می تواند به گیگاوات برسد.

طبق آمار ناقص کمیته حرفه‌ای ذخیره‌سازی انرژی انجمن تحقیقات انرژی چین، نیروگاه‌های آبی پمپ‌دار در حال حاضر بالغ‌ترین و بزرگترین سیستم ذخیره‌سازی انرژی نصب‌شده در جهان هستند. تا سال ۲۰۱۹، ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی عملیاتی جهان به ۱۸۰ میلیون کیلووات و ظرفیت نصب‌شده انرژی ذخیره‌سازی پمپ‌دار از ۱۷۰ میلیون کیلووات فراتر رفته است که ۹۴ درصد از کل ذخیره‌سازی انرژی جهان را تشکیل می‌دهد.
نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای از برق تولید شده در دوره کم‌باری سیستم برق برای پمپاژ آب به مکانی مرتفع جهت ذخیره‌سازی و رهاسازی آب برای تولید برق در دوره‌های اوج بار استفاده می‌کنند. هنگامی که بار کم است، نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای کاربر است؛ هنگامی که بار در اوج است، نیروگاه برق محسوب می‌شود.
واحد ذخیره‌ای پمپ‌دار دو عملکرد اساسی دارد: پمپاژ آب و تولید برق. این واحد زمانی که بار سیستم برق در اوج خود است، به عنوان یک توربین آبی عمل می‌کند. دهانه پره راهنمای توربین آبی از طریق سیستم گاورنر تنظیم می‌شود و انرژی پتانسیل آب به انرژی مکانیکی چرخش واحد تبدیل می‌شود و سپس انرژی مکانیکی از طریق ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.
وقتی بار سیستم برق کم است، از پمپ آب برای پمپاژ آب از مخزن پایینی به مخزن بالایی استفاده می‌شود. از طریق تنظیم خودکار سیستم گاورنر، دهانه پره راهنما به طور خودکار مطابق با ارتفاع پمپ تنظیم می‌شود و انرژی الکتریکی به انرژی پتانسیل آب تبدیل و ذخیره می‌شود.

نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای عمدتاً مسئول تنظیم پیک، تنظیم فرکانس، پشتیبان اضطراری و شروع سیاه سیستم برق هستند که می‌توانند بار سیستم برق را بهبود بخشیده و متعادل کنند، کیفیت منبع تغذیه و مزایای اقتصادی سیستم برق را بهبود بخشند و ستون فقرات تضمین عملکرد ایمن، اقتصادی و پایدار شبکه برق هستند. نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای در بهره‌برداری ایمن از شبکه‌های برق به عنوان "تثبیت‌کننده"، "تنظیم‌کننده" و "متعادل‌کننده" شناخته می‌شوند.
روند توسعه نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای جهان، هد بالا، ظرفیت زیاد و سرعت بالا است. هد بالا به این معنی است که واحد به هد بالاتری توسعه می‌یابد، ظرفیت زیاد به این معنی است که ظرفیت یک واحد واحد به طور مداوم در حال افزایش است و سرعت بالا به این معنی است که واحد سرعت مخصوص بالاتری را اتخاذ می‌کند.

ساختار و ویژگی‌های نیروگاه
ساختمان‌های اصلی نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای عموماً شامل: مخزن بالایی، مخزن پایینی، سیستم انتقال آب، کارگاه و سایر ساختمان‌های ویژه است. در مقایسه با نیروگاه‌های آبی مرسوم، سازه‌های هیدرولیکی نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای دارای ویژگی‌های اصلی زیر هستند:
مخازن بالایی و پایینی وجود دارد. در مقایسه با نیروگاه‌های برق آبی معمولی با ظرفیت نصب شده یکسان، ظرفیت مخزن نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای معمولاً نسبتاً کم است.
سطح آب مخزن به شدت نوسان دارد و مرتباً بالا و پایین می‌رود. به منظور انجام وظیفه اصلاح اوج مصرف و پر کردن دره در شبکه برق، تغییرات روزانه سطح آب مخزن نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای معمولاً نسبتاً زیاد است، عموماً بیش از 10-20 متر، و برخی از نیروگاه‌ها به 30-40 متر می‌رسند، و نرخ تغییر سطح آب مخزن نسبتاً سریع است، عموماً به 5 تا 8 متر مکعب در ساعت و حتی 8 تا 10 متر مکعب در ساعت می‌رسد.
الزامات جلوگیری از نشت مخزن بالا است. اگر نیروگاه ذخیره‌ای پمپ‌دار خالص به دلیل نشت مخزن بالایی باعث هدررفت زیاد آب شود، تولید برق نیروگاه کاهش می‌یابد. در عین حال، به منظور جلوگیری از بدتر شدن شرایط هیدروژئولوژیکی در منطقه پروژه توسط نشت آب و در نتیجه آسیب نشت و نشت متمرکز، الزامات بالاتری نیز برای جلوگیری از نشت مخزن در نظر گرفته شده است.
ارتفاع آب زیاد است. ارتفاع آب نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای عموماً زیاد است، عمدتاً ۲۰۰ تا ۸۰۰ متر. نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای جیشی با ظرفیت نصب‌شده کل ۱.۸ میلیون کیلووات، اولین پروژه با ارتفاع آب ۶۵۰ متر در کشور من است و نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای دانهوا با ظرفیت نصب‌شده کل ۱.۴ میلیون کیلووات، اولین پروژه با ارتفاع آب ۷۰۰ متر در کشور من است. با توسعه مداوم فناوری تلمبه ذخیره‌ای، تعداد نیروگاه‌های با ارتفاع آب بالا و ظرفیت بالا در کشور من افزایش خواهد یافت.
این واحد در ارتفاع پایینی نصب می‌شود. به منظور غلبه بر تأثیر نیروی شناوری و نشت آب بر نیروگاه، نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای در مقیاس بزرگ که در سال‌های اخیر در داخل و خارج از کشور ساخته شده‌اند، عمدتاً به شکل نیروگاه‌های زیرزمینی ساخته می‌شوند.

اولین نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای جهان، نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای نترا در زوریخ، سوئیس است که در سال ۱۸۸۲ ساخته شد. ساخت نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای در چین نسبتاً دیر آغاز شد. اولین واحد برگشت‌پذیر جریان مورب در سال ۱۹۶۸ در مخزن گانگنان نصب شد. بعدها، با توسعه سریع صنعت انرژی داخلی، ظرفیت نصب‌شده انرژی هسته‌ای و حرارتی به سرعت افزایش یافت و نیاز به تجهیز سیستم برق به واحدهای تلمبه ذخیره‌ای مربوطه احساس شد.
از دهه ۱۹۸۰، چین با جدیت شروع به ساخت نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای در مقیاس بزرگ کرده است. در سال‌های اخیر، با توسعه سریع اقتصاد و صنعت برق کشور من، کشور من به دستاوردهای علمی و فناوری مثمر ثمری در زمینه استقلال تجهیزات واحدهای تلمبه ذخیره‌ای در مقیاس بزرگ دست یافته است.
تا پایان سال ۲۰۲۰، ظرفیت نصب‌شده تولید برق تلمبه ذخیره‌ای کشور من ۳۱.۴۹ میلیون کیلووات بود که نسبت به سال قبل ۴.۰ درصد افزایش داشته است. در سال ۲۰۲۰، ظرفیت تولید برق تلمبه ذخیره‌ای ملی ۳۳.۵ میلیارد کیلووات ساعت بود که نسبت به سال قبل ۵.۰ درصد افزایش داشته است. ظرفیت تولید برق تلمبه ذخیره‌ای جدید کشور ۱.۲ میلیون کیلووات ساعت بوده است. نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای کشور من، چه در مرحله تولید و چه در دست ساخت، در رتبه اول جهان قرار دارند.

شرکت برق دولتی چین همواره اهمیت زیادی برای توسعه نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای قائل بوده است. در حال حاضر، شرکت برق دولتی چین ۲۲ نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای در حال بهره‌برداری و ۳۰ نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای در دست ساخت دارد.
در سال 2016، ساخت پنج نیروگاه ذخیره سازی پمپ در ژنان، شانشی، جورونگ، جیانگ سو، چینگیوان، لیائونینگ، شیامن، فوجیان و فوکانگ، سین کیانگ آغاز شد.
در سال 2017، ساخت شش نیروگاه ذخیره سازی پمپ در شهرستان یی هبی، ژیروی مغولستان داخلی، نینگهای ژجیانگ، جینیون از ژجیانگ، لوونینگ هنان و پینگجیانگ از هونان آغاز شد.
در سال 2019، ساخت پنج نیروگاه ذخیره سازی پمپ در Funing در هبی، Jiaohe در Jilin، Qujiang در Zhejiang، Weifang در شاندونگ و Hami در سین کیانگ آغاز شد.
در سال 2020، چهار نیروگاه ذخیره سازی پمپ در Shanxi Yuanqu، Shanxi Hunyuan، Zhejiang Pan'an و Shandong Tai'an فاز II شروع به ساخت خواهند کرد.

اولین نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای کشور من با تجهیزات واحد کاملاً مستقل. در اکتبر ۲۰۱۱، این نیروگاه با موفقیت تکمیل شد که نشان می‌دهد کشور من با موفقیت به فناوری اصلی توسعه تجهیزات واحد تلمبه ذخیره‌ای دست یافته است.
در آوریل ۲۰۱۳، نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای فوجیان شیان‌یو رسماً برای تولید برق به بهره‌برداری رسید؛ در آوریل ۲۰۱۶، نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای ژجیانگ شیان‌جو با ظرفیت واحد ۳۷۵۰۰۰ کیلووات با موفقیت به شبکه برق متصل شد. تجهیزات مستقل واحدهای تلمبه ذخیره‌ای بزرگ در کشور من رواج یافته و به طور مداوم مورد استفاده قرار گرفته است.
اولین نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای با ارتفاع ۷۰۰ متر در کشور من. ظرفیت کل نصب شده ۱.۴ میلیون کیلووات است. در ۴ ژوئن ۲۰۲۱، واحد ۱ برای تولید برق به بهره‌برداری رسید.
نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای با بزرگترین ظرفیت نصب‌شده در جهان در حال حاضر در دست ساخت است. کل ظرفیت نصب‌شده ۳.۶ میلیون کیلووات است.
پمپ ذخیره‌ای دارای ویژگی‌های پایه، جامع و عمومی است. می‌تواند در خدمات تنظیم منبع سیستم برق جدید، شبکه، بار و پیوندهای ذخیره‌سازی شرکت کند و مزایای جامع آن قابل توجه‌تر است. این سیستم دارای تثبیت‌کننده منبع تغذیه ایمن سیستم برق، متعادل‌کننده کم کربن و راندمان بالا است که عملکرد مهم تنظیم‌کننده در حال اجرا را انجام می‌دهد.
اولین مورد، مقابله مؤثر با کمبود ظرفیت ذخیره قابل اعتماد سیستم برق تحت نفوذ بخش بالایی از انرژی‌های نو است. با بهره‌گیری از تنظیم اوج مصرف دو برابر ظرفیت، می‌توانیم ظرفیت تنظیم اوج مصرف سیستم برق با ظرفیت بالا را بهبود بخشیم و مشکل تأمین بار اوج ناشی از ناپایداری انرژی‌های نو و اوج بار ناشی از افت مصرف را کاهش دهیم. مشکلات مصرف ناشی از توسعه گسترده انرژی‌های نو در طول دوره می‌تواند مصرف انرژی‌های نو را بهتر ارتقا دهد.
دوم، مقابله مؤثر با عدم تطابق بین ویژگی‌های خروجی انرژی نو و تقاضای بار، با تکیه بر توانایی تنظیم انعطاف‌پذیر پاسخ سریع، برای سازگاری بهتر با تصادفی بودن و نوسانات انرژی نو و برآورده کردن تقاضای تنظیم انعطاف‌پذیر ناشی از انرژی نو «بسته به آب و هوا»، است.
سوم، مقابله مؤثر با ممان اینرسی ناکافی سیستم قدرت انرژی نو با نسبت بالا است. با بهره‌گیری از ممان اینرسی بالای ژنراتور سنکرون، می‌توان قابلیت ضد اغتشاش سیستم را به طور مؤثر افزایش داد و پایداری فرکانس سیستم را حفظ کرد.
چهارم، مقابله مؤثر با تأثیر ایمنی بالقوه فرم «دو برابر بالا» بر سیستم برق جدید، فرض عملکرد پشتیبان اضطراری و پاسخگویی به نیازهای تنظیم ناگهانی در هر زمان با قابلیت‌های شروع-توقف سریع و افزایش سریع توان است. در عین حال، به عنوان یک بار قابل قطع، می‌تواند با پاسخ میلی‌ثانیه‌ای، بار نامی واحد پمپاژ را با خیال راحت حذف کند و عملکرد ایمن و پایدار سیستم را بهبود بخشد.
پنجم، مقابله مؤثر با هزینه‌های بالای تعدیل ناشی از اتصال به شبکه انرژی‌های نو در مقیاس بزرگ است. از طریق روش‌های عملیاتی معقول، همراه با انرژی حرارتی برای کاهش کربن و افزایش بهره‌وری، کاهش رهاسازی انرژی باد و نور، ترویج تخصیص ظرفیت و بهبود اقتصاد کلی و عملکرد پاک کل سیستم.

تقویت بهینه‌سازی و یکپارچه‌سازی منابع زیرساختی، هماهنگی مدیریت ایمنی، کیفیت و پیشرفت 30 پروژه در حال ساخت، ترویج شدید ساخت مکانیزه، کنترل هوشمند و ساخت استاندارد، بهینه‌سازی دوره ساخت و ساز و اطمینان از اینکه ظرفیت ذخیره‌سازی پمپاژ شده در طول دوره «چهاردهمین برنامه پنج ساله» از 20 میلیون کیلووات فراتر رود و ظرفیت نصب شده عملیاتی تا سال 2030 از 70 میلیون کیلووات فراتر رود.
دوم، تلاش جدی برای مدیریت بهینه. تقویت راهنمای برنامه‌ریزی، با محوریت هدف «کربن دوگانه» و اجرای استراتژی شرکت، تهیه باکیفیت «چهاردهمین برنامه پنج ساله توسعه» برای ذخیره‌سازی تلمبه‌ای. بهینه‌سازی علمی رویه‌های اولیه کار پروژه و پیشبرد منظم مطالعه امکان‌سنجی و تصویب پروژه. تمرکز بر ایمنی، کیفیت، دوره ساخت و ساز و هزینه، ترویج شدید مدیریت و کنترل هوشمند، ساخت مکانیزه و ساخت و ساز سبز مهندسی برای اطمینان از اینکه پروژه‌های در حال ساخت می‌توانند در اسرع وقت به مزایا دست یابند.
تعمیق مدیریت چرخه عمر تجهیزات، تعمیق تحقیقات در مورد سرویس شبکه برق واحدها، بهینه‌سازی استراتژی بهره‌برداری از واحدها و ارائه خدمات کامل به بهره‌برداری ایمن و پایدار از شبکه برق. تعمیق مدیریت ناب چندبعدی، تسریع ساخت یک زنجیره تأمین هوشمند مدرن، بهبود سیستم مدیریت مواد، تخصیص علمی سرمایه، منابع، فناوری، داده‌ها و سایر عوامل تولید، بهبود شدید کیفیت و کارایی و بهبود جامع کارایی مدیریت و بهره‌وری عملیاتی.
سوم، جستجوی پیشرفت‌های چشمگیر در نوآوری‌های فناوری است. اجرای عمیق «طرح اقدام جدید جهش رو به جلو» برای نوآوری‌های علمی و فناوری، افزایش سرمایه‌گذاری در تحقیقات علمی و بهبود توانایی نوآوری مستقل. افزایش کاربرد فناوری واحدهای سرعت متغیر، تقویت تحقیق و توسعه فناوری واحدهای با ظرفیت بالای ۴۰۰ مگاوات، تسریع ساخت آزمایشگاه‌های مدل پمپ-توربین و آزمایشگاه‌های شبیه‌سازی، و تمام تلاش خود را برای ایجاد یک پلتفرم نوآوری علمی و فناوری مستقل به کار گیرد.
بهینه‌سازی طرح تحقیقات علمی و تخصیص منابع، تقویت تحقیقات در مورد فناوری اصلی ذخیره‌سازی تلمبه‌ای و تلاش برای غلبه بر مشکل فنی «گیر کردن گردن». تعمیق تحقیقات در مورد کاربرد فناوری‌های جدید مانند «زنجیره هوشمند اینترنت اشیا ابری بزرگ»، استقرار جامع ساخت نیروگاه‌های هوشمند دیجیتال و تسریع تحول دیجیتال شرکت‌ها.